Restrikční endonukleázy nůžky na DNA

V médiích se občas objevují zprávy o izolaci určitého genu nesoucího informaci o různých vlastnostech organizmu. Od barvy očí, náchylnosti k lecjakým nemocem až po trochu úsměvný „gen“ nadváhy. Už jste ale někdy viděli nějaký vlastní gen? Myslíte, že je to nemožné? Zdá se to neuvěřitelné, ale existují metody, kterými toho lze dosáhnout.

Molekulu DNA si můžeme představit
jako obrovskou knihovnu, v které jsou
uloženy knihy s návody a předpisy,
podle nichž je sestaveno naše tělo.
Pokud bychom však do některé z těch knih
nahlédli, moc bychom si nepočetli. Obsahovala
by totiž nepřebernou směs čtyř na první pohled
náhodně seřazených písmen A, C, G, T (adenin,
guanin, cytosin, thymin). Každému z nich
přísluší jedna báze v DNA. Jednotlivá slova jsou
pak nazývána biology geny.
I kdybychom uměli ta slova přečíst, obsahu
stěží porozumíme. Mezi jednotlivými slovy
(geny) leží ohromné množství písmen, která
nekódují žádnou bílkovinu. Tyto periodicky se
opakující sekvence tvoří pozůstatek po našich
vývojových předcích a prohrabat se množstvím
balastu až k samotnému genu představovalo pro
vědce velký oříšek.
Řešení problému přesného dělení dlouhých
molekul DNA přišlo spolu s objevením třídy enzymů
nazývaných restrikční endonukleázy. V podstatě

nepředstavují nic jiného než další z důmyslných
nástrojů, které si buňky v průběhu evoluce vytvořily
ke své obraně. Dají se přirovnat k nůžkám s přesnými
zářezy, které zapadnou do určitého místa
v řetězci DNA (se specifickým pořadím písmen)
a zde molekulu rozstřihnou. Jako kadeřník sevře
nůžky a vlasy padají k zemi, tak stříhací enzym sám
vybere přečnívající vlas a udělá „šmik“. Molekulární
biologové vzali tyto „kadeřníky DNA“ do služby
právě k úpravě různých úseků ve šroubovici.
Původ těchto stříhajících enzymů najdeme při
pozorování obranných mechanizmů bakterií. Jako
všichni živí tvorové i bakterie mají svůj genetický
potenciál uložený v molekule DNA. V okolním
prostředí se nachází obrovské množství volné DNA
(např. z odumřelých organizmů). Tyto molekuly
nebo jejich útržky mohou proniknout do bakteriální
buňky, začlenit se do její DNA a způsobit tím
velkou „paseku“. V naší analogii s knihou by šlo
o vpisování mezi řádky, případně o tvrdou cenzuru,
což by samozřejmě smysl textu zcela zastřelo.
Stejně jako můžete navštívit salón krásy
nebo kadeřnictví na rohu ulice, existují rovněž
různé druhy molekulárních nůžek pro DNA.
Jejich názvy používané v molekulární genetice
nezapírají svého původního nositele. Například
nejznámější spolustolovník hodující v našich
střevech, bakterie Escherichia coli, poskytl
vědcům enzym s názvem EcoRI.
Po uvedení restrikčních enzymů do praxe nastal
doslova boom v genovém inženýrství. Malincí
kadeřníci jsou při výběru vystřižených míst velmi
precizní, aby následně po nich mohli práci přebrat
další trpasličí dělníci. Ti však již nebourají, ale lepí
různá vlákna zpět k sobě. Přitom vůbec nezáleží na
tom, zda levý konec DNA pochází od myši a pravý
darovala třeba pivní kvasinka. Tak lze vytvářet
unikátní, běžně se nevyskytující molekuly DNA
a ty posléze vkládat do námi zvolených organizmů.
Na tomto principu je založena i tvorba geneticky
modifikovaných organizmů (GMO). Restrikční
endonukleázy jsou dnes nepostradatelnou součástí
při studiu molekulární biologie a jsou běžným
předmětem obchodu specializovaných firem.
Rozštěpením dvoušroubovicové molekuly DNA
získáme řadu nestejně dlouhých vláken, která
však pro další studium (např. izolaci genu) musíme
nejprve od sebe vzájemně oddělit. K jejich
roztřídění slouží postupy elektroforézy. O této
zajímavé metodě však zase příště.